CN108258762A - 一种预装电池系统的快速充电电路及智能终端 - Google Patents

一种预装电池系统的快速充电电路及智能终端 Download PDF

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Abstract

本发明属于充电电路技术领域，公开了一种预装电池系统的快速充电电路，所述预装电池系统的快速充电电路与电池连接，包括：用于接入直流电的输入接口；连接在所述输入接口和所述电池之间，用于控制所述电池的充电过程的充电管理芯片；用于根据所述电池的电压值输出控制信号的控制模块；以及连接在所述控制模块和所述充电管理芯片之间，用于接收所述控制信号的调节模块，所述调节模块根据所述控制信号以使得所述调节模块的等效电阻的电阻值发生改变，所述充电管理芯片根据所述等效电阻的电阻值调节充电电流。本发明具有实施成本低，充电效率高，且在提高充电效率的同时有效保障了电池的可用容量与使用寿命的特点。

Description

一种预装电池系统的快速充电电路及智能终端
技术领域
本发明属于充电电路技术领域，尤其涉及一种预装电池系统的快速充电电路及智能终端。
背景技术
预装电池即内置电池，预装电池指不能拆卸的电池。而预装电池系统是指包含有预装电池的系统。在各种包含预装电池系统的移动设备中，由于产品小型化的需要，对电路结构过分追求简洁的一个副作用就是，不问实际效果的简单化处理。
如图1所示，目前在现有技术中，预装电池系统普遍使用独立的充电管理芯片，整个充电过程完全由充电管理芯片控制，尤其在使用小容量电池的智能穿戴产品中，电池BAT可接受的持续大电流充电的能力十分有限，通常的控制方法都是在充电管理芯片外部接入一个阻值固定的电阻R来对充电电流进行限制，整个充电过程中，充电电流都被限制在某个较小的电流范围内，因此必然导致充电所需的时间过程较长。
因此，传统的预装电池系统的充电电路存在充电所需时间长的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预装电池系统的快速充电电路及智能终端，旨在解决传统的预装电池系统的充电电路存在的充电所需时间长的问题。
一种预装电池系统的快速充电电路，包括：用于接入直流电的输入接口；连接在所述输入接口和所述电池之间，用于控制所述电池的充电过程的充电管理芯片；用于根据所述电池的电压值输出控制信号的控制模块；以及连接在所述控制模块和所述充电管理芯片之间，用于接收所述控制信号的调节模块，所述调节模块根据所述控制信号以使得所述调节模块的等效电阻的电阻值发生改变，所述充电管理芯片根据所述等效电阻的电阻值调节充电电流。
进一步地，所述等效电阻的电阻值发生改变时，所述充电电流为脉冲电流。
进一步地，所述调节模块包括：一功率开关管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述功率开关管的控制端通过所述第三电阻与所述控制模块连接，所述功率开关管的输出端接地，所述功率开关管的输入端通过所述第二电阻与所述充电管理芯片连接，所述第一电阻并联在所述充电管理芯片与地之间。
进一步地，所述控制信号为脉冲信号。
进一步地，还包括：连接在所述电池和所述控制模块之间，用于检测所述电池的电压值的检测模块，在所述电池的电压值小于第一预设值或所述电池的电压值大于第二预设值时，所述控制模块停止输出所述控制信号。
进一步地，所述检测模块包括：第一电容、第四电阻和第五电阻；所述第四电阻的第一端连接所述电池的正极，所述第四电阻的第二端连接所述控制模块，所述第一电容和所述第五电阻并联在所述第四电阻的第二端与地之间。
进一步地，还包括：连接在所述输入接口和所述充电管理芯片之间，用于防止所述充电电流倒灌的保护模块。
进一步地，所述保护模块为二极管，所述二极管的阳极连接所述输入接口，所述二极管的阴极连接所述充电管理芯片。
进一步地，所述控制模块为单片机。
本发明的另一目的在于提供一种智能终端，所述智能终端包括电池和上述的预装电池系统的快速充电电路。
本发明充分利用智能系统设备中已经必备的充电管理芯片和控制模块资源，使用设备的控制模块输出可调节脉冲信号，对由充电管理芯片控制的充电过程进行合理的、高效率的干预和控制，不仅将充电时间明显缩短，同时避免持续大电流产生高温，减少充电过程中电池的极化程度，有效保证电池可用容量，延长电池使用寿命。
附图说明
图1为现有技术一种预装电池系统的充电电路的示例电路原理图。
图2为本发明一种预装电池系统的快速充电电路的电路模块示意图。
图3为图2所示的一种预装电池系统的快速充电电路的示例电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图2，本发明的较佳实施例中预装电池系统的快速充电电路，与电池100连接，包括：输入接口11、充电管理芯片12、控制模块13、调节模块14、检测模块15和保护模块16。
输入接口11用于接入直流电；充电管理芯片12连接在输入接口11和电池100之间，用于控制电池100的充电过程；控制模块13用于根据电池100的电压值输出控制信号；调节模块14连接在控制模块13和电池100管理芯片之间，用于接收控制信号，调节模块14根据控制信号以使得调节模块14的等效电阻的电阻值发生改变，充电管理芯片12根据等效电阻的电阻值调节充电电流。
在本实施例中，充电管理芯片12的电压检测端检测等效电阻两端的电压值，充电管理芯片12根据检测到的电压值调节充电电流，若充电管理芯片12检测到的电压值较小，表明等效电阻的电阻值较小，则充电管理芯片12输出较大的充电电流，若充电管理芯片12检测到的电压值较大，表明等效电阻的电阻值较大，则充电管理芯片12输出较小的充电电流，等效电阻的电阻值与充电电流存在一一对应的关系。
本发明充分利用智能系统设备中已经必备的充电管理芯片12和控制模块13资源，通过增加一调节模块14，对由充电管理芯片12控制的充电过程进行合理的、高效率的干预和控制，大大缩短充电时间，提高充电效率。
在本发明实施例中，等效电阻的电阻值发生改变时，充电电流为脉冲电流。
为了便于说明，下面先对“电池极化”的概念做出解释：电池极化是指电解质在外电场下会产生离子的定向移动，造成电极附近的离子浓度大于电解液中的现象。这种极化是持续大电流充电过程中必然所造成的，在造成这种浓度差异后，如果不消除，会导致电极表面晶形发生变化，影响电池容量。本发明采用脉冲电流作为充电电流，可以提供交替变化的大/小电流，避免持续大电流产生高温，减少充电过程中的极化程度，有效保证电池可用容量，延长电池使用寿命。
调节模块14包括：一功率开关管Q、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；功率开关管Q的控制端通过第三电阻R3与控制模块13连接，功率开关管Q的输出端接地，功率开关管Q的输入端通过第二电阻R2与充电管理芯片12连接，第一电阻R1并联在充电管理芯片12与地之间。
请参阅图3，在本发明实施例中，功率开关管Q为N沟道场效应管，具体地，场效应管的栅极通过第三电阻R3与控制模块13连接，场效应管的源极接地，场效应管的漏极通过第二电阻R2与充电管理芯片U1连接，第一电阻R1并联在充电管理芯片U1与地之间。当控制模块13输出的控制信号为高电平时，场效应管导通，此时，调节模块12的等效电阻的电阻值为第一电阻R1和第二电阻R2并联形成的电阻值；当控制模块13输出的控制信号为低电平时，场效应管截止，此时，调节模块12的等效电阻值为第一电阻R1的电阻值；当控制模块13输出的控制信号为脉冲信号时，场效应管跟随输入的脉冲控制信号有规律地导通、截止，从而使得调节模块14的等效电阻的电阻值有规律地发生改变，从而使得充电管理芯片12输出的充电电流有规律地发生改变，在间隙性的大/小电流的交替变换中，高效而安全的完成对电池的快速充电。在其他实施方式中，当功率开关管Q为P沟道场效应管时，则当控制模块13输出的控制信号为高电平时，场效应管截止，当控制模块13输出的控制信号为低电平时，场效应管导通。其中，功率开关管也可为其他类型的开关器件，如绝缘栅双极晶体管，只要能实现与本发明相同的功能即可。
检测模块15连接在电池100和控制模块13之间，用于检测电池100的电压，在电池100的电压值小于第一预设值或电池100的电压值大于第二预设值时，控制模块13停止输出控制信号。优选地，控制模块13为单片机U2。
在本发明实施例中，通过检测模块15对电池100的电量进行实时监测，在电池100处于过低电压(小于第一预设值)或将要达到满充电压(大于第二预设值)时，自动停止干预(控制模块13停止输出控制信号)。其中，控制模块13停止输出控制信号指的是，当有效信号为高电平时，则控制模块13停止输出控制信号指的是输出的控制信号为持续的低电平信号；当有效信号为低电平信号时，则控制模块13停止输出控制信号指的是输出的控制信号为持续的高电平信号。如此可见，控制信号为脉冲信号。这样设置的目的是，为了有效保障电池100的使用寿命，电池100在充电的过程中，当电池100处于过低电压时，需要先进入预充阶段，此时应使用小电流对电池100充电；当充电到电池100的电压达到第一预设值时，再由控制模块13输出控制信号，进入脉冲电流快速充电过程；而当电池100的电压将要达到满充电压时，即当电池100的电压达到第二预设值时，此时需进入涓流充电的阶段，使用小电流对电池100充电。
检测模块15包括：第一电容C1、第四电阻R4和第五电阻R5；第四电阻R4的第一端连接电池100的正极，第四电阻R4的第二端连接控制模块13，第一电容C1和第五电阻R5并联在第四电阻R4的第二端与地之间。
在本发明实施例中，第四电阻R4和第五电阻R5为分压电阻，第四电阻R4和第五电阻R5的公共连接端连接到控制模块13的电压监测端口，控制模块13根据电压监测端口输入的电压值输出/停止输出控制信号。
在本实施例中，第四电阻R4和第五电阻R5串联在电池100和地之间，控制模块13的电压监测端口接第四电阻R4的第二端和第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端接地，即控制模块13的电压监测端口检测第五电阻R5的第二端的电压，设电池100的电压为V1，则第五电阻R5的第二端的电压V2为V1*R5/(R4+R5)，控制模块13根据电压监测端口输入的电压值判断电池100的电压，当电池100处于过低电压时，需要先进入预充阶段，则控制模块13停止输出信号，此时使用小电流对电池100充电；当充电到电池100的电压达到第一预设值时，再由控制模块13输出控制信号，进入脉冲电流快速充电过程；而当电池100的电压将要达到满充电压时，即当电池100的电压达到第二预设值时，此时需进入涓流充电的阶段，由控制模块13停止输出控制信号，使用小电流对电池100充电。
保护模块16连接在输入接口11和充电管理芯片12之间，用于防止充电电流倒灌。在本发明实施例中，如图3所示，保护模块16为二极管D，二极管D的阳极连接输入接口11，二极管D的阴极连接充电管理芯片12。
另外，上述的电阻、电容等元件也可以使用多个电阻、多个电容、二极管、电感等串并联替换。
上述预装电池系统的快速充电电路可以应用在不同的其他场合，例如，可以将上述预装电池系统的快速充电电路应用于智能终端，所述智能终端包括电池和上述预装电池系统的快速充电电路。
下面结合图2和图3来说明本发明预装电池100系统的脉冲式快速充电电路的工作原理：
输入接口11提供5V充电直流电，相较于现有的预装电池100系统，硬件零件仅需增加第二电阻R2、第三电阻R3和场效应管Q，通过接收来自控制模块13的脉冲控制信号，对场效应管Q进行合理的开关通断控制，有节奏的使第一电阻R1和第二电阻R2组成的等效电阻有规律的变化，最后充电管理芯片U1输出的充电电流跟随做有规律的变化，在间隙性的大/小电流的交替变换中，高效而安全的完成对电池100的快速充电。
由第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1组成电池100电压的检测模块15，由控制模块13的电压监测端口对电池100电压进行实时监测，仅在预定的电池100电压范围内实施脉冲干预控制，而在电池100处于过低电压，以及将要达到满充电压时，自动停止干预，本发明实施例中，场效应管Q为N沟道场效应管，这时控制模块13对场效应管Q的控制端电平为低电平，保证场效应管Q的可靠关断，仅有第一电阻R1有效接入充电管理电路中，由充电管理芯片U1自行完成其余的常规充电过程，确保电池100的充电安全。本发明充分利用智能系统设备中已经必备的充电管理芯片12和控制模块13资源，使用设备的控制模块13输出控制信号，对由充电管理芯片12控制的充电过程进行合理的、高效率的干预和控制，大大缩短充电时间，由于若是使用持续的大电流充电会产生高温，从而影响电池100的使用寿命，因此控制模块13输出的控制信号为脉冲信号，在间隙性的大/小电流的交替变换中完成对电池100的充电，既缩短充电时间，也避免了持续大电流产生高温影响电池100的使用寿命，减少充电过程中的极化程度，从而有效保证电池100可用容量，延长电池100使用寿命。
本发明的有益效果：
(1)实施成本低：充分利用系统自身已经必备的电路资源，仅增加关键的三个廉价的常规元器件：第二电阻R2、第三电阻R3和功率开关管Q，将充电管理芯片12与控制模块13之间建立相应的控制关系。
(2)在缩短充电时间，提高效率的同时，也有效保障了电池的可用容量与使用寿命。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预装电池系统的快速充电电路，与电池连接，其特征在于，包括：
用于接入直流电的输入接口；
连接在所述输入接口和所述电池之间，用于控制所述电池的充电过程的充电管理芯片；
用于根据所述电池的电压值输出控制信号的控制模块；以及
连接在所述控制模块和所述充电管理芯片之间，用于接收所述控制信号的调节模块，所述调节模块根据所述控制信号以使得所述调节模块的等效电阻的电阻值发生改变，所述充电管理芯片根据所述等效电阻的电阻值调节充电电流。
2.如权利要求1所述的预装电池系统的快速充电电路，其特征在于，所述等效电阻的电阻值发生改变时，所述充电电流为脉冲电流。
3.如权利要求1所述的预装电池系统的快速充电电路，其特征在于，所述调节模块包括：一功率开关管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；
所述功率开关管的控制端通过所述第三电阻与所述控制模块连接，所述功率开关管的输出端接地，所述功率开关管的输入端通过所述第二电阻与所述充电管理芯片连接，所述第一电阻并联在所述充电管理芯片与地之间。
4.如权利要求1、2或3所述的预装电池系统的快速充电电路，其特征在于，所述控制信号为脉冲信号。
5.如权利要求1所述的预装电池系统的快速充电电路，其特征在于，还包括：连接在所述电池和所述控制模块之间，用于检测所述电池的电压值的检测模块，在所述电池的电压值小于第一预设值或所述电池的电压值大于第二预设值时，所述控制模块停止输出所述控制信号。
6.如权利要求5所述的预装电池系统的快速充电电路，其特征在于，所述检测模块包括：第一电容、第四电阻和第五电阻；
所述第四电阻的第一端连接所述电池的正极，所述第四电阻的第二端连接所述控制模块，所述第一电容和所述第五电阻并联在所述第四电阻的第二端与地之间。
7.如权利要求1所述的预装电池系统的快速充电电路，其特征在于，还包括：连接在所述输入接口和所述充电管理芯片之间，用于防止所述充电电流倒灌的保护模块。
8.如权利要求7所述的预装电池系统的快速充电电路，其特征在于，所述保护模块为二极管，所述二极管的阳极连接所述输入接口，所述二极管的阴极连接所述充电管理芯片。
9.如权利要求1所述的预装电池系统的快速充电电路，其特征在于，所述控制模块为单片机。
10.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端包括电池以及权利要求1至9任一项所述的预装电池系统的快速充电电路。
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